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超材料在微带漏波天线波束扫描方面的应用

肖健  
【摘要】:超材料是一种在一定范围内具有超常电磁性质的人工混合材料。微带漏波天线的一大特点是其主波束的频率扫描特性。以混合左右手传输线(CRLH-TL)为基本单元可以构造出超材料,将这种超材料应用到微带漏波天线的设计中,可以使天线的波束扫描性能得到一定程度上的提升。近年来,将超材料应用到微带漏波天线的设计中来提升天线的性能,是一个极具现实价值的课题,在社会上也受到了广泛的关注。本文的工作主要是应用超材料来提升微带漏波天线波束扫描方面的性能。具体的方法是先在理论上对研究思路进行可行性分析,然后设计基于CRLH-TL的微带漏波天线,最后通过电磁仿真软件对天线模型进行仿真并对仿真结果进行分析。论文主要内容如下:1.介绍论文主题的背景知识,包括文章选题背景和社会意义、超材料和微带漏波天线在国内外的研究状况、高频结构仿真器(HFSS)软件。2.介绍超材料理论。首先根据Maxwell方程组推导出了超材料的电磁传播特性;然后介绍超材料的两种实现方法:金属谐振构造法和传输线构造法;最后介绍基于CRLH-TL的传输线构造法,并阐述了CRLH-TL的两种实现方式——交指电容、短路线电感方式和金属-绝缘体-金属(MIM)电容、短路线电感方式。3.介绍微带漏波天线理论。首先推导微带漏波天线的辐射原理并阐述天线主波束频率扫描特性的机理;然后结合CRLH-TL理论,分析应用超材料来提升微带漏波天线波束扫描特性的理论可行性;最后使用HFSS软件,对两种基于CRLH-TL的微带漏波天线单元的工作状态进行了仿真研究。4.超材料微带漏波天线的设计与仿真。首先设计交指电容、短路线电感形式的超材料微带漏波天线,随后改进天线单元设计更小尺寸的超材料微带漏波天线;然后设计MIM电容、短路线电感形式的单边辐射微带漏波天线,并在此基础上设计可以实现主波束全空间扫描特性的双边辐射微带漏波天线;最后依据微带漏波天线的辐射原理,在理论上设计出可以通过控制电压来给天线加载不同电容,从而实现主波束在固定频率下扫描的超材料微带漏波天线。并用HFSS软件对这些设计进行了仿真和验证。


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